CN104563333A - 一种外包钢板内填混凝土组合剪力墙 - Google Patents

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马恺泽
刘超
阙昂
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Abstract

本发明提供了一种外包钢板内填混凝土组合剪力墙，包括由外包钢板单元围合而成的剪力墙外包模板，浇筑于剪力墙外包模板的底部加强区域的钢纤维混凝土，以及浇筑于剪力墙外包模板内其他区域的普通混凝土；剪力墙外包模板的内表面上设置有若干列带孔加劲肋。本发明在剪力墙底部加强区域通过钢纤维混凝土代替普通混凝土与钢板共同抵抗剪力，提高了墙底抗剪承载力。并且本发明中用带孔加劲肋将剪力墙外包模板与混凝土紧密耦合，同时钢纤维混凝土显著提高了剪力墙底部混凝土抗裂能力，抗疲劳及韧性也得到了较大幅度的改善。从而有利于剪力墙结构体系在满足抗震性能的要求下减小墙体截面，使其在高墙中应用优势更加明显。

Description

一种外包钢板内填混凝土组合剪力墙
技术领域
本发明属于钢与混凝土组合结构及混合结构抗震技术领域，具体涉及一种外包钢板内填混凝土组合剪力墙。
背景技术
剪力墙是抵抗水平荷载的抗侧力构件，尤其在地震荷载下承担了大部分地震剪力，其抗震性能直接决定整个结构的抗震能力。因此，剪力墙抗震性能的研究对于高层、超高层结构的整体抗震能力提高有重要意义。
普通高强混凝土剪力墙是一种较好的高层抗侧力结构，但在超高层结构中由于剪力墙的工作状态为高轴压比、较大剪力并存的状态，使得在地震荷载作用下剪力墙底部加强区内普通混凝土开裂、失效过早，且维修难度大。存在剪力墙底部区域抗剪、抗拉强度不足或相对不足，易造成墙底截面轴压承载力削弱，因而降低了高强混凝土剪力墙抗震性能。
对钢板混凝土剪力墙底部需加强区域进行有限元分析，发现应力状态比较复杂，由于在混凝土中配置加劲肋等加强措施，受区域性和方向性限制，所以采取配筋方式抵抗复杂应力并不是最有效的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种外包钢板内填混凝土组合剪力墙，该组合剪力墙能够提高墙底混凝土抗剪能力，从而大幅度提高钢板剪力墙的抗震性能。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种外包钢板内填混凝土组合剪力墙，包括由外包钢板单元围合而成的剪力墙外包模板，浇筑于剪力墙外包模板的底部加强区域的钢纤维混凝土，以及浇筑于剪力墙外包模板内其他区域的普通混凝土；剪力墙外包模板的内表面上设置有若干列带孔加劲肋。
所述的底部加强区域为剪力墙底部塑性铰区。
所述的带孔加劲肋上开设有若干通孔。
所述的带孔加劲肋沿剪力墙外包模板的全高布置。
所述的剪力墙外包模板的两端用加劲板形成封闭箱型空间，封闭箱型空间的底部加强区域浇筑有钢纤维混凝土，封闭箱型空间的其他区域浇筑有普通混凝土，形成端柱。
所述的加劲板沿剪力墙外包模板的全高布置。
其截面含钢率为0.04～0.2。
所述的钢纤维混凝土中钢纤维的最小体积率为1.0％～1.5％。
所述的钢纤维混凝土中钢纤维的长度为15mm～60mm，直径或等效直径为0.3～1.2mm，长径比为30～100。
所述的外包钢板单元为外包双层钢板。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明提供的外包钢板内填混凝土组合剪力墙，是在普通高强混凝土钢板剪力墙的基础上提出的新型剪力墙形式，是一种适用于高层及超高层建筑的新型组合剪力墙。钢纤维混凝土中的钢纤维乱向分布与混凝土中，是抵御复杂应力的较理想材料。本发明以钢纤维混凝土代替现有剪力墙底部加强区域的普通混凝土，由于钢纤维混凝土中含有两种性质不同的物质，即钢纤维和硅粉，所以一方面因硅粉的效应改善了混凝土的孔缝结构，另一方面因钢纤维的阻裂效应，又抑制了裂缝的发展，缓和了裂缝尖端的应力集中小程度，使应力比不变，提高了开裂承载力，塑性变形能力及疲劳承载能力显著提高。这样就能充分利用钢纤维的抗拉强度、变形能力、耐动荷能力，相比普通混凝土，钢纤维混凝土能更有效的阻止钢板的屈曲，而带孔加劲肋的耦合，使剪力墙底部加强区域的钢板屈曲得到推迟。因此，本发明能在更大概率下保证剪力墙达到弹塑性状态，充分利用钢纤维混凝土的抗压能力，提高钢板剪力墙的极限抗剪承载力。本发明提供的组合剪力墙中用带孔加劲肋取代传统的栓钉来增强混凝土与钢板之间的耦合、协同作用，可以有效的增强剪力墙体系受力过程中的阻尼效果，具有较好的延性。相对于栓钉而言，带孔加劲肋的加工质量更易于控制，方便操作，并且带孔加劲肋更有利于墙体内部管线的通过。本发明解决了现有钢板混凝土剪力墙内包混凝土无法检测、修复的缺点，钢纤维的存在增加了钢板与混凝土之间的耦合作用，使两者能够更好的协同工作。由于钢纤维的造价过高，只在剪力墙底加强部区域浇筑即可以充分发挥其变形性能、耐疲劳能力，其余部位使用普通高强混凝土恰可利用其轴压能力，从而达到提高剪力墙的抗震性能的目的，创造更多更好的社会效益和经济效益。本发明在剪力墙底部加强区域应用钢纤维混凝土，可以在不扩大墙底截面的前提下扩大此结构的使用范围，使其在高地震烈度地区高层、超高层建筑中得以应用推广。
进一步的，本发明中在剪力墙的两端构建端柱，能够承担更多的轴力，有效减小剪力墙的轴压比。在强震作用后期，当剪力墙性能下降后，端柱作为第二道抗震防线可以有效避免墙体倒塌。本发明中端柱和剪力墙形成整体来共同承担剪力和弯矩，使得本发明提供的组合剪力墙可以获得更好的承载力及变形性能。
附图说明
图1为本发明提供的组合剪力墙上部普通区域的横截面示意图；
图2为本发明提供的组合剪力墙底部加强区域的横截面示意图；
图3为本发明提供的组合剪力墙中带孔加劲肋的结构示意图；
图4为本发明提供的组合剪力墙的立体示意图；
其中：1为外包钢板单元，2为带孔加劲肋，3为普通混凝土，4为钢纤维混凝土，5为端柱，6为加劲板。
具体实施方案
下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
参见图1至图4，本发明提供的外包钢板内填混凝土组合剪力墙，包括由外包钢板单元1围合而成的剪力墙外包模板，外包钢板单元1为外包双层钢板，剪力墙外包模板的内表面上设置有若干列带孔加劲肋2，带孔加劲肋2上均匀开设有若干椭圆形通孔，带孔加劲肋2沿剪力墙外包模板的全高布置，通过设置带孔加劲肋2来增强混凝土与剪力墙外包模板之间的连接作用。剪力墙外包模板的底部加强区域浇筑有钢纤维混凝土4，其中底部加强区域为剪力墙底部塑性铰区。剪力墙外包模板内的其他区域浇筑有普通混凝土3。剪力墙外包模板的两端用加劲板6形成封闭箱型空间，封闭箱型空间的底部加强区域浇筑有钢纤维混凝土4，封闭箱型空间的其他区域浇筑有普通混凝土3，以形成端柱5，加劲板6沿剪力墙外包模板的全高布置。钢纤维混凝土4中钢纤维的长度为15mm～60mm，直径或等效直径为0.3～1.2mm，长径比为30～100，对于不同品种、不同长径比的钢纤维，其最小体积率略有不同，为1.0％～1.5％。本发明提供的外包钢板内填混凝土组合剪力墙的截面含钢率为0.04～0.2。
剪力墙底部加强区域为截面弯矩、剪力最大部位，易在反复荷载作用下形成交叉斜裂缝，一般可取剪力墙总高度的1/8和底部两层二者的较大值，当剪力墙的高度超过150m时，可取墙肢总高度的1/10，部分框支剪力墙结构底部浇筑高度可取为框支层加上框支层以上两层的高度及墙肢总高度的1/8二者的较大值。加劲板在剪力墙两侧外包钢板单元之间设置，在两侧外包钢板单元内从上至下贯通，焊接于两侧外包钢板单元上，形成封闭箱型空间，钢纤维混凝土浇筑区为两侧封闭箱型空间底部上述高度，其余部分浇筑普通混凝土。
本发明提供的组合剪力墙的多腔钢板由外包钢板单元和加劲板组成，外包钢板单元根据需要由相应规格的钢板焊接而成，外包钢板单元与加劲板和带孔加劲肋的连接也是采用焊接，事先在专业化的钢构公司生产，然后运到施工现场，在指定位置安装就位后，由专业混凝土拌合站配制符合要求的钢纤维混凝土，向剪力墙外包模板内浇筑钢纤维混凝土，钢纤维混凝土与普通混凝土之间接茬无需处理，即可直接浇筑普通混凝土，工序简单，待混凝土固化后，即在指定位置砌筑好了本发明提供的组合剪力墙。本发明中的剪力墙外包模板可以直接用作施工阶段混凝土浇筑的模板，从而节省模板的制作，能够在大量节省耗材的同时使施工变得简单方便，可以加快施工进度，提高施工效率，创造更多更好的社会效益和经济效益。
本发明提供的组合剪力墙通过在剪力墙底部加强区域浇筑钢纤维混凝土替代现行的普通混凝土，从而提高混凝土的抗拉强度、断裂韧性和疲劳等性能，使属于脆性材料的混凝土抗震性能获得显著改善。在组合剪力墙中易损部位采用此种高性能混凝土，推迟了钢板内混凝土的开裂时间，提高了极限抗剪承载力，可拓展结构正常使用状态的工作范围，提高其使用性能和耐久性，有利于发挥结构的承载潜力。本发明提供的组合剪力墙具有初始刚度大、承载力和刚度衰减慢、整体抗震性能好，后期抗震性能更稳定等特点。

Claims (10)

1.一种外包钢板内填混凝土组合剪力墙，其特征在于：包括由外包钢板单元(1)围合而成的剪力墙外包模板，浇筑于剪力墙外包模板的底部加强区域的钢纤维混凝土(4)，以及浇筑于剪力墙外包模板内其他区域的普通混凝土(3)；剪力墙外包模板的内表面上设置有若干列带孔加劲肋(2)。
2.根据权利要求1所述的外包钢板内填混凝土组合剪力墙，其特征在于：所述的底部加强区域为剪力墙底部塑性铰区。
3.根据权利要求1所述的外包钢板内填混凝土组合剪力墙，其特征在于：所述的带孔加劲肋(2)上开设有若干通孔。
4.根据权利要求1所述的外包钢板内填混凝土组合剪力墙，其特征在于：所述的带孔加劲肋(2)沿剪力墙外包模板的全高布置。
5.根据权利要求1所述的外包钢板内填混凝土组合剪力墙，其特征在于：所述的剪力墙外包模板的两端用加劲板(6)形成封闭箱型空间，封闭箱型空间的底部加强区域浇筑有钢纤维混凝土(4)，封闭箱型空间的其他区域浇筑有普通混凝土(3)，形成端柱(5)。
6.根据权利要求5所述的外包钢板内填混凝土组合剪力墙，其特征在于：所述的加劲板(6)沿剪力墙外包模板的全高布置。
7.根据权利要求1所述的外包钢板内填混凝土组合剪力墙，其特征在于：其截面含钢率为0.04～0.2。
8.根据权利要求1所述的外包钢板内填混凝土组合剪力墙，其特征在于：所述的钢纤维混凝土(4)中钢纤维的最小体积率为1.0％～1.5％。
9.根据权利要求1所述的外包钢板内填混凝土组合剪力墙，其特征在于：所述的钢纤维混凝土(4)中钢纤维的长度为15mm～60mm，直径或等效直径为0.3～1.2mm，长径比为30～100。
10.根据权利要求1所述的外包钢板内填混凝土组合剪力墙，其特征在于：所述的外包钢板单元(1)为外包双层钢板。
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